JP2512428B2 - 直流ア−ク溶接機 - Google Patents

直流ア−ク溶接機

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、直流アーク溶接機の改良に関する。
〔背景技術〕
アーク時は定電圧制御をなし、短絡時は予め形成され
た基準波形に応じた溶接電流を出力するようにした直流
アーク溶接機は、例えば、特開昭57−124570号に見るよ
うに、すでに種々のタイプのものが開発されている。
しかし、従来のものは、大電流時のスパッタ発生量の
軽減と小電流時の短絡回数の増大に対しては十分な配慮
がなされておらず改良の余地があった。
一般に、小電流時にはスパッタの発生量は少ないの
で、短絡回数を増大させても問題はないが、逆に大電流
時にはスパッタの発生量が極度に増大する。ところで、
溶接の作業効率を増大させるためには、小電流時には短
絡回数を増大させ、大電流時にはスパッタの発生を抑制
できるようにすることが著しく望まれる。
〔発明の目的」 本発明は、叙上の要望に応えうる直流アーク溶接機を
提供することを目的としている。
〔発明の開示〕
上記目的を達成するため提案される本発明は、アーク
/短絡判定手段、定電圧制御部、電流制御部を備えてな
り、アーク時は、定電圧制御部を作動して定電圧制御を
なす一方、短絡時には、電流制御部を作動して予め形成
された基準波形をもとにして溶接電流を制御するように
した直流アーク溶接機であって、上記電流制御部は、溶
接電流設定器の設定値によって、基準波形の変化点レベ
ルを変化させるdi/dt変化点設定回路と、このdi/dt変化
点設定回路によって設定された変化点レベルによって、
ゼロレベルを起点とする第1の立ち上がり部と第2の立
ち上がり部(第2の立ち上がり部は第1の立ち上がり部
より傾斜は緩やかに設定されている)を形成し、アーク
の発生時にはゼロレベルまで低下させる基準波形を生成
する電流制御基準波形発生回路と、溶接回路から検出し
た溶接電流に応じたフィードバック信号と、上記電流制
御基準波形発生回路によって生成された基準波形を基準
信号として入力する電流制御誤差増幅器に入力して、溶
接電流の波形制御を行う構成とされており、上記di/dt
変化点設定回路は、溶接電流設定器によって設定された
溶接電流が大きくなるにつれて、変化点レベルも大きく
変化させる構成とされていることを特徴とする。このよ
うな基準波形は、より具体的には、コンデンサの充放電
出力あるいはリニア回路の出力を利用することによって
達成される。
〔実施例〕 以下に添付図とともに、本発明の一実施例を説明す
る。
第1図に、本発明の直流アーク溶接機の系統図を示
す。
図においてAは、アーク/短絡判定手段,Bは定電圧制
御部,Cは電流制御部を示している。直流アーク溶接機の
出力制御は、インバータ回路1を用いたPWM制御によっ
て行われ、インバータ回路1の出力は、トランス,整流
回路を介して溶接回路Dに供給される。溶接回路Dには
直流リアクタ14,分流器15を設けてあり、アーク時には
直流リアクタ14の入力電圧が、また短絡時には分流器15
の出力電流がそれぞれフィードバック信号となる。
定電圧制御部Bは、電圧微調整設定器12,電圧制御誤
差増幅器5を備えて成り、電圧制御誤差増幅器5の基準
電圧は溶接電流設定器13によって設定され、電圧微調整
設定器12は、この設定された基準電圧の微調整を可能に
している。図示例では、電流設定により同時に基準電圧
の設定も可能な一元制御を行っているが、電圧制御誤差
増幅器5の基準電圧を溶接電圧設定器(不図示)によっ
てのみ設定できるように構成しても良い。
電流制御部Cは、電流制御誤差増幅器6,電流制御基準
波形発生回路10,dI/dt変化点設定回路9,増幅器7を備え
てなり、溶接電流設定器13はモータ速度制御回路11のワ
イヤ送給速度を規定するとともに、dI/dt変化点設定回
路9の変化点を設定しており、変化点レベルは溶接電流
設定器13によって設定された溶接電流が大きくなるにつ
れて、変化点レベルVtも大きく変化させる構成となって
いる。
アーク/短絡判定手段Aを構成するアーク/短絡検出
回路8は、溶接電圧を取り出しており、溶接ワイヤ16が
溶接母材17と短絡した時の電圧値(短絡時)と、溶接ワ
イヤ16が溶接母材17より離れた時の電圧値(電圧出力)
との違いにより、短絡かアークかの判定をしている。
インバータ回路1は、PWM制御回路3からの制御出力
によりドライブ回路2を駆動しており、PWM制御回路3
は、電圧/電流制御切替器4の切り換え動作により、電
圧制御誤差増幅器5あるいは電流制御誤差増幅器6から
の出力信号を選択的に入力している。電圧/電流制御切
替器4は、アーク/短絡検出回路8からの判定信号に応
じて切替動作がなされ、短絡時は後述するような電流制
御がなされ、アーク時は定電圧制御がなされる。なお、
実施例に示した定電圧制御では、直流リアクタ14の入力
電圧を一定レベルに制御しているが、本発明はこのよう
な例に限られないことはいうまでもない。
第2図は、電流制御回路部Cの要部構成を示してい
る。
溶接電流設定器13により設定された変位点規定信号は
アンプAMP1を介してコンパレータCOMPの非反転入力端子
に入力される。コンパレータCOMPの反転入力端子には、
CR回路CRの充放電出力がアンプAMP2を介して入力され
る。ここに、CR回路CRは、2つの抵抗R1,R2にコンデン
サCとツェーナダイオードZDより成る並列回路を接続し
た構成とされており、2つの抵抗の1つR2は接点SW1に
より断接可能とされている。またコンデンサCには接点
SW2と抵抗R3を設けてあり、この接点SW2は、アークの発
生時に閉じられてコンデンサCに充電されていた電荷を
放電させる。
このような構成においては、アーク/短絡検出回路8
が短絡を検出すると、接点SW2が開かれてコンデンサC
は充電を開始する。
しかし、この時点では、コンデンサCの端子電圧は溶接
電流設定器によって規定された変位点レベルに達成して
いないために、コンパレータCOMPの出力は「H」レベル
となって接点SW1が閉となっているので、CR回路CRの時
定数は小さくなり、コンデンサCは急峻な立ち上がり特
性で充電される(第3図(I)部分参照)。
そして、コンデンサCの端子電圧が増大し、溶接電流設
定器によって規定された変化点レベルVtに達すると、今
度はコンパレータCOMPの出力は「L」レベルとなって接
点SW1が開となるので、CR回路CRの時定数は大きくな
り、コンデンサCは緩やかな立ち上がり特性で充電され
る(第3図(II)部分参照)。
この結果、溶接ワイヤには十分な電源が供給され、溶接
ワイヤ先端にくびれが発生し、アークが再成すると、接
点SW2が閉じるので、コンデンサCは瞬時に放電される
(第3図(III)部分参照)。
なお、第3図に破線で示すカーブは、アークが発生しな
かった場合の基準波形を示しており、その最大値Vpmax
は、CR回路CRに設けたツエナーダイオードZDのツエナー
電圧VZDと、AMP2のゲインにより設定される。
第2a図、第2b図は、基準波形発生回路10の他例を示すも
ので、いずれもCR回路CRの抵抗R1の値を変化させて基準
波形の傾斜を外部より任意に設定できる構成としたもの
である。
第3図に電流制御基準波形発生回路10によって生成さ
れる基準波形図を示し、第4図に対応した溶接電流の波
形図を示す。これらの図中、Ip大,Ip小は、溶接電流が
大きい場合、小さい場合の波高値を、It大,It小は溶接
電流の変位点をそれぞれ示しており、(I)は、(I
I)はにそれぞれ対応する。尚、第3図においては、
基準波形は、アーク発生時には瞬時にゼロレベルまで低
下させているが、次の短絡が開始されるまでの間にゼロ
レベルに低下すればよい。第4図に見るように、アーク
発生時は、定電圧制御がなされるため、直流リアクタ14
の誘導成分Lにより電流波形は鈍ったカーブ特性を呈し
ている。短絡開始時点の電流降下の度合も直流リアクタ
14の誘導成分によって規定される。
本発明者らの実験によれば、このような制御を行う場
合は、その一例をあげると第1の立ち上がり部のdI/dt
(第4図部分参照)は100〜200A/ms,第2の立ち上が
り部のdI/dt(第4図部分参照)は25〜50A/msに設定
して良好な結果を得た。また、変化点をItは短絡時間を
短くし、かつアーク再成時のスパッタ発生量を抑制する
ため溶接電流の平均値程度に設定することが望ましい。
上記の実施例では、コンデンサCの充放電を利用した
基準波形発生回路10を示したが、本発明においてはリニ
ア回路の出力特性を利用して基準波形を形成しても良
く、第5図にその構成例を示す。
この実施例においても、変位点Itを規定するコンパレ
ータCOMPの閾値は溶接電流の平均値程度に設定され、フ
ィードバックコンデンサCfに接続される反転増幅器AMP
の反転入力側に設けられた付加抵抗R′の断接を通じ
て、リニアアンプAMPlの出力波形Voを変えている。フィ
ードバックコンデンサCfの両端に設けられた接点SW3
は、アーク時には閉じられ、短絡時には開放される。コ
ンパレータCOMPの出力信号により接点SW4は開閉され、
「H」レベル時には接点SW4が閉となり、「L」レベル
時には接点SW4は開となる。
このような構成であれば、短絡開始時においてはコン
パレータCOMPの出力は「H」レベルであるので接点SW4
が閉じられ、同時に短絡時においては接点SW3が開かれ
る。この結果、コンデンサCfは2つの抵抗R,R′からな
る並列回路を介して設定されるAMPの出力により充電さ
れ、その充電電流は反転増幅器AMPに流れ込む。かくし
て、リニアアンプAMPlの出力が変位点レベルVtに達する
と、コンパレータCOMPは「L」レベル出力となるので、
接点SW4が開かれてコンデンサCfの充電速度が遅くな
る。そして、溶接ワイヤ16と母材17との間にアークが発
生すると、接点SW3は閉じられてリニアアンプAMPlの出
力波形は瞬時に0となる。
なお、本発明の直流アーク溶接機を説明するにあたっ
て、以上の実施例では短絡移行式のアーク溶接の適用例
を示したが、グロビュール移行、スプレー移行溶接方法
に適用しうることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、短絡時に作動される基準波形の形状
を、短絡時点においては0レベルより急峻に立ち上がる
第1の立ち上がり部と、この第1の立ち上がり部におけ
る値が所定の基準値に達したところで、第1の立ち上が
り部より緩やかな傾斜で増大する第2の立ち上がり部及
び、アークの発生した時点において基準波形を急峻に降
下させる降下部の3つの部分より構成しているので、次
のような特有の効果がある。
1)小電流時には、第2の立ち上がり部に対応する部分
の溶接電流の立ち上がり傾斜が大きく(急峻)、しかも
短絡時の電流の絞り込み時間も短くなるので、短絡回数
が増大でき、したがって高速溶接が可能となる。
2)中〜大電流時は、第2の立ち上がり部に対応する部
分の溶接電流の立ち上がり傾斜が小さく(緩やか)、し
かも電流の絞り込み時間が長くなるので、ワイヤが溶融
池に接触した瞬時溶融池より飛散するスパッタが著しく
軽減される。また、立ち上がり部に対応する部分の溶接
電流の立ち上がり傾斜dI/dtが小さくなるのでアークが
再成するピーク電流の波高値も従来の波形制御に比べて
小さくなってスパッタの発生を著しく軽減できる。
3)短絡時の電流波形上昇度合がスムーズであるので、
溶接ワイヤ突出し長の変化に強く、取付部分などでもワ
イヤはじきがない。
4)ワイヤ短絡時、電流波形の上昇度合を完全にコント
ロールできるので、直流リアクタを小形にできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の直流アーク溶接機の系統図、第2図
は電流制御回路の基準波形発生回路の構成を示す例図、
第2a図,第2b図は基準波形発生回路の他例図、第3図は
基準波形図、第4図は溶接電流波形図、第5図は電流制
御回路の基準波形発生回路の構成を示す他例図を示して
いる。 (符号の説明) A…アーク/短絡判定手段 B…定電圧制御部 C…電流制御部 (I)…基準波形の第1の立ち上がり部 (II)…基準波形の第2の立ち上がり部 (III)…基準波形の降下部

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アーク/短絡判定手段、定電圧制御部、電
    流制御部を備えてなり、アーク時は、定電圧制御部を作
    動して定電圧制御をなす一方、短絡時には、電流制御部
    を作動して予め形成された基準波形をもとにして溶接電
    流を制御するようにした直流アーク溶接機であって、 上記電流制御部は、溶接電流設定器の設定値によって、
    基準波形の変化点レベルを変化させるdi/dt変化点設定
    回路と、このdi/dt変化点設定回路によって設定された
    変化点レベルによって、ゼロレベルを起点とする第1の
    立ち上がり部と第2の立ち上がり部(第2の立ち上がり
    部は第1の立ち上がり部より傾斜は緩やかに設定されて
    いる)を形成し、アークの発生時にはゼロレベルまで低
    下させる基準波形を生成する電流制御基準波形発生回路
    と、溶接回路から検出した溶接電流に応じたフィードバ
    ック信号と、上記電流制御基準波形発生回路によって生
    成された基準波形を基準信号として入力する電流制御誤
    差増幅器に入力して、溶接電流の波形制御を行う構成と
    されており、上記di/dt変化点設定回路は、溶接電流設
    定器によって設定された溶接電流が大きくなるにつれ
    て、変化点レベルも大きく変化させる構成とされている
    ことを特徴とする直流アーク溶接機。
  2. 【請求項2】上記電流基準波形発生回路は、コンデンサ
    の充電放電特性を利用して基準波形を生成するように構
    成されている特許請求の範囲第1項記載の直流アーク溶
    接機。
  3. 【請求項3】上記電流基準波形発生回路は、リニア回路
    の出力特性を利用して基準波形を生成するように構成さ
    れている特許請求の範囲第1項記載の直流アーク溶接
    機。
  4. 【請求項4】上記電流基準波形発生回路によって生成さ
    れる基準波形の第1、第2の立ち上がり部の傾斜が外部
    より任意に可変設定できるように構成された特許請求の
    範囲第1項記載の直流アーク溶接機。
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